Java并发编程系列 concurrent包概览

Posted 2020-06-26

从JDK 1.5开始，增加了java.util.concurrent包，concurrent包的引入大大简化了多线程程序的开发。

查看JDK的API可以发现，java.util.concurrent包分成了三个部分，
分别是java.util.concurrent、java.util.concurrent.atomic和java.util.concurrent.lock。

>>Atomic包

API中的说明是“A small toolkit of classes that support lock-free thread-safe programming on single variables”。
atomic包方便程序员在多线程环境下，无锁的进行原子操作。
原子变量的底层使用了处理器提供的原子指令，但是不同的CPU架构可能提供的原子指令不一样，也有可能需要某种形式的内部锁,所以该方法不能绝对保证线程不被阻塞。
原子变量类相当于一种泛化的volatile变量，能够支持原子的和有条件的读-改-写操作。
在Atomic包里一共有12个类，四种原子更新方式，分别是原子更新基本类型，原子更新数组，原子更新引用和原子更新字段。

Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的包装类。

（1）标量类（Scalar）：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference
AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference这四种基本类型用来处理布尔，整数，长整数，对象四种数据，其内部实现不是简单的使用synchronized，而是一个更为高效的方式CAS(compareandswap)+volatile和native方法，从而避免了synchronized的高开销，执行效率大为提升。
他们的实现都是真正的值为volatile类型，通过Unsafe包中的原子操作实现。最基础就是CAS，他是一切的基础。其中offset是在内存中value相对于基地址的偏移量。（它的获得也由Unsafe本地代码获得）。
核心代码如下，其他都是在compareAndSet基础上构建的。

privatestaticfinalUnsafeunsafe=Unsafe.getUnsafe();
privatevolatileintvalue;
publicfinalintget(){
returnvalue;
}
publicfinalvoidset(intnewValue){
value=newValue;
}
publicfinalbooleancompareAndSet(intexpect,intupdate){
returnunsafe.compareAndSwapInt(this,valueOffset,expect,update);
}

　

（2）数组类：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
AtomicIntegerArray，AtomicLongArray还有AtomicReferenceArray类进一步扩展了原子操作，对这些类型的数组提供了支持。
同样是使用Unsafe类完成的。

（3）更新器类：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater
基于反射的实用工具，可以对指定类的指定volatile字段进行原子更新。

（4）复合变量类：AtomicMarkableReference，AtomicStampedReference

>>多线程基础包

java.util.concurrent包下面的类和接口定义了JDK1.5以后编写多线程程序能用到的方法等。
（1）常用的接口方法
BlockingQueue和BlockingDeque阻塞队列和双端阻塞队列
Executor：具体Runnable任务的执行者
ExecutorService ： 一个线程池管理者，其实现类有多种，可以把Runnable，Callable提交到池中让其调度
ScheduledExecutorService ：一个 ExecutorService的子接口，可安排在给定的延迟后运行或定期执行的命令
Future：Future 表示异步计算的结果

（2）实现类概览
CountDownLatch： 一个线程调用await方法以后，会阻塞地等待计数器被调用countDown直到变成0，功能上和下面的CyclicBarrier有点像
CyclicBarrier： 一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点
Semaphore ：一个计数信号量]

 

>>lock及其相关应用

位于java.util.concurrent.locks 包下面，主要与新的并发加锁有关系。

（1）接口方法
Condition接口：Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。有两个实现类，都是以公开内部类的形式实现的，AbstractQueuedLongSynchronizer.ConditionObject, AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject
Lock接口：有三个实现类，ReentrantLock, ReentrantReadWriteLock.ReadLock, ReentrantReadWriteLock.WriteLock
ReadWriteLock接口：ReadWriteLock 维护了一对相关的锁，一个用于只读操作，另一个用于写入操作。只要没有 writer，读取锁可以由多个 reader 线程同时保持。写入锁是独占的。
与互斥锁相比，读-写锁允许对共享数据进行更高级别的并发访问。虽然一次只有一个线程（writer 线程）可以修改共享数据，但在许多情况下，任何数量的线程可以同时读取共享数据（reader 线程），读-写锁利用了这一点。实现类只有一个，ReentrantReadWriteLock 。
（2）实现类概览
ReentrantLock：一个可重入的互斥锁 Lock。
ReentrantReadWriteLock：可重入的读写锁。
还有几个，这么学习好抽象。

 

参考 Java中的Atomic包使用指南